PWr Aerospace

Orion II

Kolejna misja balonowa podjęta przez nasze koło naukowe. Próba w pełni udana, zebraliśmy mnóstwo danych, wykonaliśmy niesamowite zdjęcia i zdobyliśmy cenne doświadczenie. Nasz balon osiągnął wysokość 27 kilometrów. Jednak misja to nie tylko droga w górę, ale też bezpieczne sprowadzenie gondoli na ziemię. Aby tego dokonać, za balonem leciał spadochron i zapasowe systemy transmisji lokalizacji. Przy tej misji nasza gondola zabrała na pokład dwie kamery, komputer zarządzający danymi, radionadajnik, źródło zasilania oraz zestaw czujników.

W trakcie lotu rejestrowaliśmy ciśnienie, poziom nasłonecznienia oraz temperaturę. Termometry znajdowały się zarówno na zewnątrz, by dowiedzieć się więcej o strukturze atmosfery, jak i wewnątrz, by kontrolować zachowanie podzespołów w ekstremalnych temperaturach (nawet poniżej -40°C). Przygotowania do lotu trwały parę miesięcy, analiza danych i zdjęć – kilkanaście dni, zaś sam lot około 2,5 godziny. W tym czasie balon przeleciał 93 km, a my jechaliśmy w ślad za nim. Start balonu odbył się 26 sierpnia 2017 roku.

Specyfikacja techniczna

Balon

Balon użyty w projekcie to powszechnie używana konstrukcja do badań stratosfery. Masa samego balonu wynosiła 1200 g, a wyporność 3 kg udało się osiągnąć dzięki wypełnieniu go helem przemysłowym o kubaturze 4 m³. Proces napełniania balonu gazem był dodatkowo kontrolowany poprzez specjalne instalacje z wagami oraz reduktorami. Wraz ze wzrostem wysokości powłoka balonu, wskutek różnicy ciśnień, rozszerzała się do krytycznej średnicy jego rozerwania – 9,1 m. Po jej rozerwaniu cała konstrukcja w asyście spadochronu powróciła bezpiecznie na ziemię.

Napełnianie balonu helem.

Spadochron

Aby konstrukcja, która zawierała cenne dla nas komponenty oraz zgromadzone dane mogła bezpiecznie powrócić na ziemię, gondola oraz zapasowe systemy łączności zawierały lekki, awaryjny spadochron o rozpiętości 48 cali. Ograniczył on prędkość opadania do 5 m/s. Spadochron został wcześniej użyty w projekcie Orion I.

Gondola

Konstrukcja gondoli została wykonana z lekkich materiałów, takich jak Styrodur. Zapewniło to amortyzację podczas upadku, izolację od panujących warunków atmosferycznych oraz ochronę miejsc mocowania linek i obiektywów kamer. Gondola, z racji na sprzyjające w dniu startu warunki stratosferyczne, została tym razem pozbawiona zewnętrznej, dodatkowej warstwy izolującej.

Komputer pokładowy oraz moduł radiowy

Główny moduł komputera pokładowego Orion II bazował na swoim poprzedniku, który był projektowany w zamiarze jego późniejszej rozbudowy. Do istniejącego już projektu dołączono możliwość zapisywania wszystkich zebranych podczas lotu danych na wbudowanej pamięci Flash oraz rozszerzono wsparcie dla nowych sensorów. W drugiej misji, tak samo jak w poprzedniej, wszelkie elementy konstrukcyjne, w tym obwody drukowane, zostały w całości przygotowane przez nasz zespół.

Główny moduł komputera wraz z dodatkowym modułem akwizycji danych.

Szczegółowe informacje techniczne:

Main Board:

  • Koder AFSK/DSP – Microchip ATmega 328P,
  • Główny procesor – STM32F411RE,
  • Moduł GPS uBlox NEO-6M,
  • Moduł akwizycji – ATmega 1248 wraz obsługą kart SD/MMC,
  • Zasilanie: Redundantny pakiet ogniw Li-Ion typu 18650 wraz z izolacją termiczną – pojemność 3000 mAh.

Czujniki:

  • Termometry – Dallas DS18B20,
  • Termometr PIR – MLX90614,
  • Czujnik ciśnienia MPXM2202AS,
  • Czujnik UV Waveshare,
  • Moduł Pololu MiniIMU-9,
  • Ogniwo fotowoltaiczne,

Gondola została wyposażona w dwie niezależne kamery Yi Cam 4K, które dostarczyły nam znakomitej jakości zdjęcia i nagrania wideo naszej planety z dużej wysokości.

Naziemna stacja dekodowania.

System łączności radiowej:

System radiowy Orion II bazował na swoim poprzedniku. Do łączności radiowej wykorzystano krótkofalarskie pasma radiowe ISM (144,8 i 433 MHz) oraz system APRS (Automatic Packet Reporting System) oparty o zmodyfikowany protokół AX.25. Pakiety wysyłane radiowo z balonu zawierały w swoich ramkach informacje takie jak aktualna pozycja GPS, temperatura z każdego czujnika, wysokość, ciśnienie i napięcie ogniw baterii. Dane te były odbierane poprzez system naziemnych stacji przekaźnikowych APRS zrzeszonych w projekt APRS.FI oraz lokalnie poprzez nasza stację naziemną. Aktualna pozycja balonu była widoczna na bieżąco na mapie korzystającej z API Google Maps. Dodatkowo, jako system zapasowy zastosowano radiosondę szwedzkiej firmy Vaisalla RS41 z odpowiednio zmodyfikowanym oprogramowaniem.

Widok aktualnej pozycji balonu – mapy APRS.FI

Global Space Ballon Challenge

Projekt Orion II został nagrodzony uzyskując 3. miejsce w ogólnoświatowym konkursie Global Space Ballon Challenge 2017 w kategorii Best Design.

Misja nie była by tak dużym sukcesem, gdyby nie nasi partnerzy: